DE3134706A1

DE3134706A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung und/oder regelung der leistungsaufnahme eines elektrischen verbrauchers

Info

Publication number: DE3134706A1
Application number: DE19813134706
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 8000 München Rabl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-02
Filing date: 1981-09-02
Publication date: 1983-03-10
Also published as: DE3134706C2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unsere Zeichen

Berlin und München _^_ VPA Si P ί f 2 2 OE

Schaltungsanordnung zur Steuerung und/oder Regelung der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und/oder Regelung der Leistungsaufnahme eines an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen elektrischen Verbrauchers durch Impulsbreiten-Modulation, wobei der Stromfluß zwischen Verbraucher und der Spannungsquelle mittels eines Halbleiterschalters geschlossen werden kann.

Zur energiesparenden Steuerung und/oder Regelung der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers, der an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, verwendet man vorzugsweise eine Impulsbreiten-Modulation, bei der der Stromfluß zum Verbraucher periodisch mittels eines Halbleiterschalters für eine mehr oder weniger lange Zeit geschlossen wird. Dabei wird beispielsweise mittels eines beliebigen Taktgebers die Basis des HaIbleiterschalters angesteuert. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß im Volleistungsbetrieb, wenn der Stromfluß überhaupt nicht mehr unterbrochen wird, wobei der Halbleiterschalter ständig geschlossen ist, dauernd ein Spannungsabfall am Halbleiterschalter auftritt, wodurch unerwünschte Energieverluste auftreten und nicht jene Volleistung zustande kommt, die ohne Dazwischenschaltung des Halbleiterschalters vorhanden wäre.

Ohne Zusatzeinrichtungen sind die genannten Schwierigkeiten auch bei Verwendung besonders starker Halbleiterschalter nicht zu umgehen.

01.09.1981 / Sac 1 Gae

VPA 81 P 1 1 2 2

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine schaltungsmäßig verhältnismäßig einfache und daher mit geringen Kosten zu verwirklichende Zusatzeinrichtung anzugeben, mit deren Hilfe der Halbleiterschalter im Volleistungsbetrieb kurzschlußmäßig überbrückt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Halbleiterschalters der Schaltkreis eines Relais derart angeordnet ist, daßv'im angezogenen Zustand den Halbleiter= schalter niederohmig überbrückt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Erregerwicklung des Relais mit der Kollektor-Ermitter-Strecke eines Schalttransistors in Serie, und die Basis des Schalttransistors ist über einen Widerstand mit der Ausgangsklemme eines Taktgebers verbunden und parallel zum Widerstand eine Diode angeordnet und ferner ist zwischen einem Abgriff zwischen dem Widerstand und der Basis des Schalttransistors und Masse ein Kondensator angeordnet.

Die Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der dazugehörenden Zeichnung zeigen Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Figur 2 die Ausgangssignale des Taktgebers

In der Figur 1 ist dargestellt, daß ein Taktgeber G an eine Gleichspannungsquelle U„ gelegt ist. Als Taktgeber G eignen sich alle üblichen Vorrichtungen, die am Ausgang A beispielsweise mittels eines Transistors Tr eine Impulskette mit durch ein Steuerglied P (ζ» B₀ ein Potentiometer) veränderbarem Tastverhältnis k = 0 bis

χ das Relais

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- r- ^VPA 81 P π 2 2 OE -*-

k = 1 ausgeben. Die zwischen dem Punkt A und Masse anstehende Spannung ist in der Figur mit u. bezeichnet. Als Innenwiderstand des Taktgebers G ist in der Figur 1 der Widerstand r angegeben.
5

In der Figur 2 ist dargestellt, welche Form die Ausgangssignale bei verschiedenen Stellungen des Steuergliedes P annehmen können. Das Impulsbreitenverhältnis t^/t.^^ ist mit k bezeichnet und kann,wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, alle Werte zwischen 0 ("Aus"-Stellung) und 1 (Endstellung) annehmen. Die beiden in der Figur 2 weiterhin dargestellten Kurvenzüge beziehen sich auf eine Mittelstellung (Kurve 2 von oben) und einen Wert knapp vor der Endstellung (Kurve 3 von oben).

Aus der Figur 1 ist weiterhin ersichtlich, daß der Ausgangspunkt A des Taktgebers G mit der Basis eines Halbleiter-Leistungsschalters H verbunden ist und daß die Kollektor-Emitt-er-Strecke des Halbleiterschalters H in Reihe mit dem Verbraucher V zwischen dem Pluspol der Gleichspannungsquelle U„ und Masse liegen.

Die innerhalb der Figur 1 gestrichelt umrandete Schaltungsteile sind ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Zusatzeinrichtung, die einen Transistor T enthält dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit der Erregerwicklung eines Relais ReI zwischen dem Pluspol der Spannungsquelle und Masse geschaltet ist. Die Basis des Transistors T ist über den Widerstand R mit dem Ausgangspunkt A des Taktgebers G verbunden. Parallel zum Widerstand R ist eine Diode D angeordnet. Ferner befindet sich zwischen einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R und der Basis des Transistors T und Masse ein Kondensator C.

BAD ORIGINAL

81 P 1 1 2 2 DE

Somit wird das Ausgangssignal des Taktgebers G einerseits dem Halbleiter-Leistungsschalter H in üblicher Weise zugeleitet und andererseits auch der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet nun in folgender Weise: Immer wenn am Punkt A eine Spannung auftritt, d.h. wenn der im Taktgeber G angeordnete Endtransistor Tr nichtleitend ist, wird der Kondensator C über die Widerstände r und R langsam, und zwar entsprechend der Zeitkonstante (r+R) · C aufgeladen. Sinkt dagegen die Spannung am Punkt A auf einen gegenüber u^ sehr kleinen Wert ab, was dann der Fall ist, wenn der Endtransistor Tr im Taktgeber G leitend ist, so wird der Kondensator C über die Diode D sehr schnell wieder entladen. Wählt man R und C so, daß die Zeitkonstante (r+R) . C sehr groß ist gegenüber der Periodendauer t^ + t₂» lädt sich der Kondensator C immer nur auf einen im Ver= hältnis zu u_A sehr kleinen Wert auf, solange nicht das Tastverhältnis den Wert 1 annimmt, d.h. u_A nicht ständig den Maximalwert u. beibehält. Bei der Maximalspannung u_A liegt jedoch an der Basis des Transistors T und somit an der Erregerwicklung des Relais ReI, eine so hohe Spannung an, daß das Relais anzieht und dadurch der HaIbleiterleistungsschalter H sehr niederohmig überbrückt wird.

Es ist dabei nicht erforderlich, daß der Halbleiter-Leistungsschalter H ein Darlington-Transistor sein muß wie es in der Figur 1 dargestellt ist, sondern es können auch andere geeignete Bauelemente, wie beispielsweise ein einfacher Leistungstransistor oder ein Metalloxid-Feldeffekttransistor angewendet werden. Auch sind andere Ansteuervarianten möglich, wie beispielsweise eine Emitterschaltung statt der in der Figur 1 dargestellten Kollektorschaltung.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung und/oder Regelung "der Leistungsaufnahme eines an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen elektrischen Verbrauchers durch Impulsbreiten-Modulation, wobei der Stromfluß zwischen Verbraucher und der Spannungsquelle mittels eines Halbleiterschalters geschlossen werden kann, dadurch gekennz'e ichnet, daß parallel zur Kollektor= Emitter-Strecke des Halbleiterschalters (H) der Schaltkreis eines Relais (ReI) derart angeordnet ist, daß das Relais (ReI) im angezogenen Zustand den Halbleiterschalter (H) niederohmig überbrückt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die Erregerwicklung des Relais (ReI) mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors (T) in Serie liegt und die Basis des Schalttransistors (T) über einen Widerstand (R) mit der Ausgangsklemme (A) eines Taktgebers (G) verbunden ist, daß parallel zum Widerstand (R) eine Diode (D) angeordnet ist, und daß zwischen einem Abgriff zwischen dem Widerstand (R) und der Basis des Schalttransistors (T) und Masse ein Kondensator (C) angeordnet ist.